钢铁行业是国家的支柱产业之一,属于重工业。这些企业规模很大。大型钢铁企业一般从矿石进厂开始,接着冶炼出成型的钢锭和铁锭,或者进一步加工成钢板、钢丝等成型钢材。在工艺流程中,首先要对矿石进行烧结,之后把经过烧结的铁矿石输送到煤油铁高炉冶炼成铁水,再浇铸成铁锭。
若要制成钢锭,需将铁锭送至炼钢高炉中重新冶炼。从铁变为钢,主要在于材料含碳量有所不同,钢的含碳量比铁低。若要获得其他合金钢,需在冶炼过程中加入适当元素,这样就能制成不同类型的合金钢。可以说,在钢铁企业中,每个工艺段都要用到空压机以及透平压缩机。

空压机的使用情况
总体而言,钢铁企业里压缩空气的用气量颇为巨大,其用量范围从几百立方米直至上千立方米。并且,其中大多数的设备都需要进行后处理工艺。另外,大型钢铁企业中,烧结车间(或厂)、炼铁高炉、炼钢厂等数量众多,且分布范围很广。
一般钢铁企业内能够设立众多空压站,目的是满足各个地方的用气需求。这样做的好处有:其一,能让每个空压站具备相对的独立性,有利于今后对空压进行改造;其二,便于对空压站进行管理;其三,可以依据不同的压缩空气品质设立不同的空压站系统;其四,便于企业今后的发展。钢铁企业压缩空气系统的布置情况如下:

烧结工艺过程是炼钢的前道工序。在冶炼之前,需将铁矿石和其他几种矿石混合并进行燃烧处理,让它们烧结在一起,之后才能送到高炉冶炼。在烧结车间,有很多地方需要压缩空气,用气量较大,其主要用途相同,都是用于动力执行机构,像卸灰装置的协力执行机构等。动力执行机构可以用电作为动力源。不过,用电做动力源不如用压缩空气可靠且安全。这里的压缩空气所要求的压力通常为 0.5MPa。对压缩空气的品质要求不高。一般来说,采用喷油螺杆空气压缩机就可以满足需求。并且不需要配置后处理设备。
如果在少量地方需要仪表空气,就在空气系统管路的支路上配置无热再生干燥器和除油过滤器,这样能使压缩空气品质满足仪表空气的要求。
另外,压缩空气被用于吹扫仪表。在烧结车间,其周围环境较差,空气中含有大量灰尘。随着时间推移,一些仪表上会积满灰尘,所以需要用压缩空气进行吹扫。在这里,对压缩空气品质的要求通常为 3—6—3,也就是固体粒子 3 级,含水量 6 级,含油量 3 级。
铁矿石经烧结工序后,被送至炼铁高炉进行冶炼。炼铁高炉作为一个工程,需很多设备配合工作。这些设备的工作通常以空气作为动力源。其执行机构,像气压缸,以及高炉炉门的开启等一系列动作,都是用压缩空气来完成的。
这里对压缩空气的压力要求通常是 0.5MPa,对压缩空气的质量品质要求也较为低,一般满足 3—6—3 就可以了,然而用气量却是很大的。

一台炼铁高炉,需要 4 台 40m3/min 的螺杆空气压缩机,其中 3 台处于常开状态,1 台作为备用机。此外,高炉燃烧时需喷入的煤灰,通常是用压缩空气来进行输送的,不过这里的压缩空气压力要求一般为 1.2MPa,其用量相当大,对压缩空气的品质要求不高。此时的压缩机的排气压力至少要1.3MPa或以上。

高炉的鼓风设备一般会选用高压的风机和透平压缩机,其通常的压力为 0.2MPa。这些压缩空气的用气量较大,并且不需要配置任何后处理设备。另外,有一小部分压缩空气需要经过后处理设备处理,用于仪表用气系统和仪表的吹扫系统。这些压缩空气的质量品质等级和前面所讲的相同。
透平压缩机及风机的使用情况
钢铁企业从矿石炼制成钢需经历矿石烧结、炼铁和炼钢等主要冶炼过程,这意味着在钢铁冶炼的全部工艺流程中都离不开风机及相关透平压缩机。所使用的透平机械设备种类繁多,但相对而言具有一定难度,能代表其设计制造水平的可分为三种,分别是轴流式压缩机、烧结引风机以及高炉煤气余压回收透平发电装置。上述 3 种风机,总体而言。国内产品及技术是从国外引进而来的。从一开始的跟随状态,到如今已经在钢铁厂能够取代进口品牌产品了。
1、轴流式压缩机
轴流式压缩机具备效率较高、容量较大以及性能调节范围较宽等特性。当下,在国内外,大部分的高炉都采用轴流压缩机。对于作为高炉鼓风使用的轴流压缩机来说,它的流量已经达到每分钟/min 以上,压力达到 0.69MPa,功率已经达到具体数值。
国内外生产轴流压缩机的主要厂家有德国的企业,还有日本三菱重工株式会社、川崎重工株式会社,以及陕鼓等企业。近些年,陕鼓在轴流压缩机领域所占的份额逐渐增大,其优势也越来越凸显出来。
轴流压缩机的气动性能设计结构良好,整机多变效率在 87%~91%之间,最大流量和最小流量的可调范围能达到 1 倍多。它还具有先进的高度三化水平和电子控制系统。其结构特点如下:机壳是水平剖分型,由灰铸铁(或铸钢)制成;排气侧设计的承压值可达 0.7~1.2MPa;转子为等内径型,是多级节盘式结构;动、静叶片都采用了先进叶型。全静叶可调结构的压缩机与固定静叶型的压缩机相比,其流量范围能扩大 1 倍。这样一来,轴流 - 离心复合式等温压缩机的流量范围为 1400~/min,压比为 7~11。

近年来,相关企业为提升轴流压缩机的效率,采用了混合反动度设计方法来改善级间匹配。动叶叶顶与机壳间间隙的减少,也能够提高压缩机的性能和效率。在降低轴流压缩机噪声方面,国外多侧重于隔声和消声,其具体措施如下:一是采用加厚铸造机壳,以此减弱噪声的散射;二是采用隔声罩和消声器,从而减少噪声的扩散。
电子计算机可作为调节的中枢指令系统,利用它能够实现轴流压缩机的调节自动化,并且能让其运行更加可靠。
2、烧结引风机

烧结引风机是烧结机配套的主抽烟机,它的耗电量约占烧结厂总耗电量的 50%还多。由于它输送的介质是烧结烟气,且含尘量较大。所以,提高效率、降低能耗,加强耐磨措施以及提高使用寿命,依然是烧结引风机的主要技术课题。
烧结引风机的风量是由烧结机的烧结面积所决定的;烧结引风机的压力是由烧结料层的厚度所决定的。目前已可生产的烧结机实现了大型化,并且烧结料层已达到 700mm,这些因素促使烧结引风机朝着大风量、高负压的方向发展。烧结引风机的最大流量为每分钟多少,最高压力为多少,最大功率为多少。制造工艺条件以及运输条件等因素存在限制,所以特大型烧结机所配套的烧结引风机通常会采用双机并联这种形式。
烧结引风机的耐磨措施:
锯齿形中盘能够改善叶轮出口的气流分布,还能降低 GD2,同时可以避免烟气对中盘进行冲刷。
(2)叶片上装有可更换的耐磨衬板(衬板表面堆焊碳化钨);
(3)由可更换的锥盘保护中盘不受磨损;
(4)机壳装有涡形衬板和侧衬板;
表面涂覆陶瓷防磨涂料;表面涂覆树酯;表面涂覆石英粉加水玻璃等涂料。
表面强化处理包括表面堆焊、热喷涂、渗硼、激光表面硬化以及高频淬火等。
目前,国内外企业对烧结引风机气动设计计算的二相流(包含固体微粒和烧结烟气)进行研究,目的是从空气动力学角度进一步解决烧结引风机的磨损问题。
3、高炉煤气余压回收透平发电装置(TRT)
高炉煤气余压回收透平发电装置(简称 TRT 装置),它利用高炉炉顶煤气的压力能钢材的腐蚀分为,通过透平膨胀来做功,进而驱动发电机进行发电,这是一种能量回收装置。TRT 装置一方面回收了原本由减压阀泄放的能量,该能量约占高炉鼓风机所需能量的 30%;另一方面,它还净化了煤气,同时改善了高炉炉顶压力的控制品质。高炉朝着大型化以及高压炉顶的方向不断发展,在这种情况下,国内外的 TRT 装置也随之朝着干式、轴流型以及静叶可调的方向发展。国内一开始是从日本引进的这项技术,并且已经在钢铁企业中获得了大力的发展,其中具有代表性的企业有陕鼓和/or 成发。

近期也有采用非接触机械密封的情况。
国内外轴流型 TRT 装置,大多是用静叶角度调节的方式。这种方式能扩大工况范围,对减少噪声有帮助,能提高膨胀透平的可靠性,同时也不会影响高炉压力的波动。
国内某厂家生产的 TP 系列,其性能范围如下:流量在 1360 左右每小时;压力方面,进口时为 2.03 至 2.5kPa,出口时为 1.09 至 1kPa;还有功率以及转速为 3000r/min。

下列产品为钢铁企业传统用风机及透平压缩机:
1、烧结用风机
冶炼用的矿石在进行冶炼之前,需要对矿石进行烧结操作。进行烧结时要用到烧结机。同时,烧结炉则需要使用烟气主抽风机和冷却通风机。某中型钢厂有两个矿石烧结车间。一个车间装有 5 台 62.5m2 烧结机,共使用 29 台风机,其中 18 台用在烧结机上;另一个车间装有 3 台 75m2 烧结机钢材的腐蚀分为,共使用 90 台风机,其中 8 台用在烧结机上,其余风机用于通风、除尘、降温及冷却。
风机行业生产的抽送烧结烟气的离心鼓风机有多种型号规格。某厂家的产品性能参数显示,其抽送烧结烟气的离心鼓风机是为 18 至 24 平方米烧结机配套的设备。这类鼓风机采用单级单吸入双支撑结构,由电动机直接驱动。铸铁机壳水平剖分为上下两半,下机壳安装在左右铸铁底座上。转子由碳素钢主轴、低合金结构钢焊接叶轮及轴套等构成。轴承为滑动轴承。
它的离心鼓风机主要有以下性能参数:流量是每分钟多少;进口压力为 89.73kPa;升压是 8.33kPa;转速为 1485r/min;功率是 334kW。另外一种型号的离心鼓风机主要性能参数如下:流量为每分钟多少;出口压力是 101.31kPa;进口压力为 89.05kPa;转速是 1475r/min;功率情况(未明确给出具体功率数值),适用于 75 至 90m²烧结机的配套。它的结构特点是单级双吸入双支承结构,并且通过弹性联轴器与电动机直接相连。机壳被水平剖分为上下两半,同时还轴向剖分为三段。左右段的结构是对称的,两个进气管向上,形成进气室。中段是下部带有水平出气管的蜗壳,在出气管口处附加了锥形扩压管。
该类型烧结鼓风机国内目前可以做到流量/min,功率达以上。
2、焦炉煤气输送鼓风机
焦炭可用于冶炼钢铁,它是主要的燃料和还原剂。同时,焦炭还是高炉中料粒的支撑剂和疏松剂。在炼焦炉内,煤气需经风机抽出,其中一部分会作为炼焦炉的燃料,一部分被加压后送往钢厂当作燃料,还有一部分则用来生产其他副产品。

轴承箱与壳体铸成一体,可增强刚度便于拆卸检修。
转子包含主轴、3 个叶轮、隔套、平衡盘和半联轴器等部件;叶轮的结构是高强度合金钢焊接而成。轴承分为支撑轴承与止推轴承这两部分,其中支撑轴承是椭圆瓦滑动轴承,止推轴承是米切尔双面止推滑动轴承。密封设置在级间、叶轮进口、平衡盘外围以及轴的两端,并且这些密封都是迷宫式拉别令密封。它的主要性能参数如下:进口流量是以每分钟为单位;进口压力是 98.07kPa;出口压力为 313.82kPa;主轴转速是 4776r/min;还有功率。
3、高炉鼓风机
在生铁冶炼期间,需要用高炉鼓风机给高炉送去一定量能助燃的空气(或者氧气),以此来提升炉内的温度。同时,还得把燃烧空气送到热风炉里的离心通风机那儿。
氧气在钢铁工业中能强化冶炼过程。在炼钢方面,有氧气顶吹转炉炼钢、氧气底吹转炉炼钢、平炉熔池吹氧炼钢、电炉氧气炼钢等多种方式。其中,氧气顶吹转炉炼钢尤其重要,已成为钢铁工业飞跃发展的一条主要途径。炼钢需要大量的氧气,这些氧气是通过使用空气分离设备,采用深度冷冻法从空气中获取的。每套制氧机需要使用空气压缩机,每套制氧机需要使用氧气压缩机,每套制氧机需要使用加热鼓风机,每套制氧机需要使用透平膨胀机,这就是一般所说的“制氧四大机”。
陕鼓的鼓轴流压缩机有 A 系列和 AV 系列。A 系列是静叶不可调的,AV 系列是静叶可调的,它们是高炉鼓风机的典型代表产品。其主要性能参数如下:A 系列的规格有 A40 到 A112,流量范围在 65 到 680(×/h)之间,压比为 2.9 到 7.7,转速是 3410 到 9549r/min,功率为 33 到 690(×102kW)。AV40 到 AV140 之间,流量的范围是 70 到 1050 每小时,压比在 2.7 到 7.2 之间,转速为 2524 到 8833 转每分钟,功率是 34 到 900 乘以 102 千瓦。
4、转炉二次烟气除尘风机
转炉二次烟气除尘系统指的是除转炉烟气净化回收之外的各个扬尘点的烟气收集与除尘。其中包含转炉兑铁时的烟气除尘、转炉吹炼时的烟气除尘、吹氩站的烟气除尘、铁水扒渣站的烟气除尘以及铁水倒罐站的烟气除尘。
烟气除尘使用的风机主要包含 4-73 型风机、JY5-44 型风机以及 5-51 型风机。
4 - 73 型是通用型的,从№8 到№28 一共有 12 种规格。它的性能范围是:流量在 16156 到某个数值每小时之间,压力在 1400 到某个数值之间,功率在 18.5 到某个数值之间,转速在 480 到 1450 转每分钟之间。
JY5 - 44 型引风机有 12 种规格,从№16 到 31.5 。其性能范围如下:流量在 1893 到某个数值每小时之间;压力在 1922 到某个数值之间;功率在 75 到某个数值之间;转速在 580 到 1450 转每分钟之间。
5 - 51 型风机有 20 种规格,从№8 到 29.5 。(包含引风机的话共 40 种规格)。该型风机主要特点为:具备可调节进风口;拥有高强度耐磨叶轮;配有防漏油轴承箱;还有关节式轴向调节门等先进技术。其性能范围是:流量为 9900 ~ ;压力为 1468 ~ ;功率为 15 ~ ;转速为 480 ~ 1450r/min 。
5、动力站用离心压缩机

动力站用的离心压缩机目前已用多台套多级离心压缩机来代替过去的双轴 4 级等温压缩机。这些多台套多级离心压缩机单台流量为 110~/min,压比为 2~17。而过去的双轴 4 级等温压缩机流量为 6000~/min,出口压力为 617~666.9kPa,功率为 650~,转速为 7784~/min。
多级离心压缩机的主要特点在于其为整体组装式结构。它的压缩机、齿轮箱、中间气体冷却器以及润滑油系统都共用 1 个底座。在进口处设置了进口调节叶片,这是一种优化压缩机非工况点运行性能的方式。进口调节叶片能够依据现场的实际运行情况进行自动调节,从而在气流发生变化时,实现压缩机出口的定压输出。

6、化铁炉用风机
钢铁冶炼工艺过程中需要用风机。一般机械铸造工厂常用的化铁炉,比如冲天炉、油炉及煤粉炉等,都需要用鼓风机(包括高压通风机或鼓风机)来压送足够的空气,以帮助燃烧。
其典型代表产品是H10-13及HTD系列化铁炉风机。
H10 - 13 是一种高压离心通风机。它是为卡腰冲天炉所需性能而专门设计的。这种通风机适用于化铁率 5t/h 以下的卡腰冲天炉鼓风。它共有№6、№6.3、№6.9 及№7.5 这 4 种规格。其性能范围如下:流量在 1690~/h 之间;压力在 8973~之间;功率为 15~37kW;转速为 2940r/min。

HTD 系列离心鼓风机能够与 0.5t/h、1t/h、2t/h、3t/h、5t/h、7t/h、10t/h 以及 15t/h 这些常见炉型的化铁炉相配合。其性能方面,流量在 12 至 300m³/h 之间,压力为 6860 及以上,功率为 5.5 至 185kW,转速处于 2900 至 5750r/min 范围内。
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